|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли GPSВ настоящее время более двухсот фирм во всем мире выпускают сотни тысяч устройств различных классов, использующих технологию GPS, в том числе недорогие малогабаритные приборы, которые реализуют возможность применения GPS-навигации во многих областях человеческой деятельности. В 2004 г. сразу несколько производителей микросхем анонсировали выпуск чипов, использующих новую технологию. Это объясняется целым рядом факторов, основными из которых можно считать следующие. Первый – современные технологии производства микросхем 0,09–0,13 микрон позволяют создать недорогой чип, отвечающий требованиям к чувствительности и потребляемой мощности. Второй – Федеральная комиссия по связи (FCC) выдвинула требование, согласно которому мобильные телефоны с января 2006 г. должны поддерживать функцию Е911 (автоматическое определение местоположения абонента при звонке в службу спасения 911). По данным Strategies Group report, Handset Databank, объем продаж сотовых телефонов, оснащенных GPS, в 2006 г. составит 715 млн единиц, что подвигает производителей на массовое производство недорогих высокочувствительных GPS-микросхем. Одновременно с совершенствованием технологий производства GPS-приемников развиваются методики комплексирования с другими типами навигационных устройств. Например, с развитием технологии MEMS и созданием микрогироскопов и акселерометров стало возможным построение недорогих малогабаритных инерциальных навигационных систем (ИНС) для использования их совместно с GPS-приемником в целях увеличения точности и достижения непрерывности позиционирования. Среди новых областей применения GPS-технологий можно отметить следующие: профессиональная радиосвязь, системы скрытого слежения, аварийная и траекторная навигации транспортных средств. Профессиональная радиосвязь Идея применения GPS в профессиональной радиосвязи – определение местоположения портативных и возимых радиостанций – не нова. И если для возимых радиостанций ее можно считать реализованной – использование традиционного GPS-приемника с вынесенной на крышу транспортного средства антенной и модема позволяет без труда передавать координаты мобильного объекта в диспетчерский центр, то для носимых радиостанций этот вопрос до недавнего времени оставался открытым. Причин несколько: во-первых, необходима на несколько порядков более высокая чувствительность для приема GPS-сигналов внутри помещений и транспортных средств, во-вторых, потребляемая мощность должна быть достаточно мала, чтобы обеспечить продолжительное время работы радиостанции от аккумулятора, в-третьих, требуется более широкая, по сравнению с традиционной планарной GPS-антенной, диаграмма направленности. Последняя проблема в принципе, решена, так как уже достаточно давно существуют helix-антенны, диаграмма направленности которых подходит для портативных радиостанций. Для повышения чувствительности GPS-приемника существуют режима A-GPS и использование большого числа параллельных корреляторов для обработки сигналов от спутников GPS. Термин A-GPS (Assisted GPS) означает режим работы GPS-приемника, в котором часть необходимой для производства расчетов и определения местоположения информации (альманах, эфемериды, приблизительная оценка доплеровского сдвига) передается GPS-приемнику по дополнительному каналу. Самое раннее упоминание о режиме A-GPS встречается у Ральфа Тейлора и Джима Сеннота, которые в заявке на патент США (1981 г.) предложили «сигнал, помогающий захвату цели на автоматическое сопровождение, генерируемый наземной станцией, транслируемый на терминалы пользователя». Средой передачи этого сигнала могут быть радиоканал или сети сотовой связи. В системе Тейлора, GPS-приемник освобожден от необходимости обнаружения спутниковых частот, демодуляции спутниковых навигационных данных и вычисления спутниковых координат, потому что эта информация передается по отдельному каналу беспроводной связи. Традиционно GPS-приемник получает сигналы путем последовательного анализа этого пространства. Знание доплеровской задержки и стабильная опорная частота позволяют сократить пространство поиска до одной частоты. Это уменьшает время захвата, однако сигнал GPS C/A-кода все-таки содержит 1023 возможных задержек кода. Даже при одной частоте поиска лимит времени задержки для по-следовательного поиска составляет несколько миллисекунд, что недостаточно для приема сигнала внутри помещений. Чтобы достигнуть высокой чувствительности, GPS-приемник должен параллельно анализировать достаточное количество задержек элементов кодированного сигнала (элементов разрешения). C необходимым количеством корреляторов все задержки (полная свертка 1023 полученных кодовых элементов сигнала) могут быть вычислены сразу, и большее количество времени (сотни миллисекунд) может быть использовано для интеграции сверток в реальном масштабе времени и обеспечения чувствительности, необходимой для работы внутри помещений. Наличие большого количества корреляторов значительно повышает производительность приемника, что приводит к улучшению чувствительности и уменьшению TTFF по сравнению с обычными приемниками. Чтобы произвести полную свертку в реальном времени (учесть все возможные задержки коррелятора, по два образца сигнала на элемент кода), требуется большое количество корреляторов параллельно для каждого спутника без использования последовательного поиска. Это избавляет от необходимости разделять стадии захвата и стадии слежения. Неважно, какова на самом деле задержка кода, выходной сигнал всегда содержит корреляционный пик, и, таким образом, может быть измерена псевдодальность. В ситуациях вне помещения это значит, что захват сигнала происходит почти мгновенно. Внутри помещения интеграция сигнала может занять несколько секунд. Для ускорения расчета координат в данные, передаваемые GPS-приемнику, включаются приблизительные координаты (или же значение псевдодальностей), рассчитанные сго и того же созвездия спутников. Созвездие спутников является неизменным для точек, отдаленных друг от друга на расстояние не более 40 км. Таким образом, для работы GPS в режиме assisted необходимо иметь второй GPS-приемник на расстоянии не более 40 км и канал связи для передачи вспомогательной информации. Как уже отмечалось, для передачи данных может служить радиоканал. Средства профессиональной радиосвязи в основном применяются в корпоративных сетях. Такие сети состоят из одной (редко из нескольких) базовой станции, имеющей достаточный подъем антенны для обеспечения связи в нужном районе, и мобильных станций. Обычно радиус уверенной связи такой сети составляет 20–40 км в зависимости от рельефа местности, рабочей частоты и высоты подъема антенны. Оснащенная GPS-приемником базовая станция корпоративной сети радиосвязи обеспечивает работу в режиме assisted мобильных станций данной сети. Уменьшение потребляемой мощности происходит за счет значительного сокращения времени на вычисление навигационных данных (в сотни раз по сравнению с традиционным GPS-приемником). А мгновенная потребляемая мощность возрастает лишь в несколько раз за счет схемных решений, которые позволяют увеличивать число эффективных корреляторов, применяя логику усреднения и накопления. В современных профессиональных радиостанциях обработка низкочастотного сигнала производится цифровым сигнальным процессором (DSP). Он осуществляет модуляцию, демодуляцию, кодирование и декодирование голоса, а также все функции управления радиоканалом. Производительность DSP позволяет выделить часть ресурсов процессора на обработку данных от параллельного GPS-коррелятора. Данный тип корреляторов не требует большой загрузки процессора. Следовательно, радиостанция может иметь 1 DSP, параллельный GPS-коррелятор, радиоканал и аналоговую часть. Добавление функции GPS в радиостанцию позволяет создать качественно новое устройство, увеличивая стоимость комплектации всего на 10–15 долл. Проведенные испытания GPS-приемников на базе новой технологии параллельной корреляции показали весьма обнадеживающие результаты. Приемники надежно работали в закрытом багажнике автомобиля, на всех этажах 10-этажного офисного здания и даже в закрытом холодильнике! Разработкой радиостанций с функцией GPS уже занимаются некоторые российские производители профессиональной радиосвязи. Описанные устройства, наряду со средствами мобильной связи и другими новейшими достижениями радиоэлектроники, стали не только средством сугубо профессиональной деятельности, но и предметом личного пользования. Создание недорогих высокочувствительных GPS-приемников открывает широчайшие возможности в областях, в которых ранее использование GPS считалось экономически и энергетически не обоснованным. В ПОМОЩЬ СПЕЦСЛУЖБАМ Еще одно устройство на базе новой GPS-технологии может заинтересовать спецслужбы и охранные структуры. Это скрытновозимая навигационная система «Термит К2», представляющая собой GPS-птор, расположенные в сверхплоском камуфлированном герметичном корпусе. Система может быть размещена в кузове, на крыше, в фургоне транспортного средства. Передача навигационной информации на контрольный пункт осуществляется посредством GSM-сети. Время автономной работы – до 1 года. КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ Блок счисления пути (Dead Reckoning/GPS) «Гранит-Компас» Устройство состоит из датчика угловой скорости (ДУС), акселерометра, GPS-приемника и вычислителя. При известных координатах (X0 и Y0 и угла азимута a0) стартовой точки пути реально определить географические координаты подвижного объекта без использования данных GPS. Двойное интегрирование ускорения позволяет вычислить перемещение. Интегрируя угловую скорость, получаем азимут объекта – координаты начальной точки дают возможность установить новое местоположение объекта. Но со временем при использовании данных инерциальных датчиков ошибка счисления возрастает, точность определения координат становится недопустимой и требуется корректировка по данным GPS-приемника. Вместо ДУС могут применяться датчик поворота колес автомобиля (при навигации транспортного средства), датчик магнитного поля земли (компас), лазерный гироскоп. Устройство такого типа может использоваться для определения положения объекта при пропадании сигнала GPS (под мостами, в туннелях, в лесистой местности, в местах высотной городской застройки и т. д.). Бесплатформенная интегрированная навигационная система БИНС/GPS (Strapdown INS/GPS system)» Гранит-Компас II» В последние годы все более популярными становятся инерциальные навигационные системы в бесплатформенном исполнении (БИНС). Инерциальные датчики обеспечивают эффективное и точное измерение таких параметров, как угловое положение транспортного средства, угловые скорости, продольные и поперечные ускорения. Комплексирование с данными GPS-приемника позволяет создать систему, осуществляющую навигацию в период отсутствия сигналов спутниковой радионавигационной системы, получить траекторию движения в трехмерном пространстве, а также определить пространственную ориентацию объекта. Одно из перспективных применений – аварийный регистратор транспортного средства. Аварийная ситуация определяется автоматически по показаниям датчиков, и соответствующий участок траектории записывается в энергонезависимую память. Главная страница / Архитектура отрасли |